Děti, sekačky na trávu, letadla, vlaky, automobily - téměř všechno vydává hluk. A pokud mají dva kalifornští vědci pravdu, dělejte také živé buňky. V nedávných experimentech využívajících hraniční vědu nanotechnologií vědci našli důkaz, že kvasinkové buňky vydávají jeden druh pískání, zatímco savčí buňky mohou vydávat další. Výzkum, i když je stále předběžný, je potenciálně „revoluční“, jak to říká jeden vědec, a již se sleduje možná, samozřejmě vzdálená lékařská aplikace: jednoho dne, myšlení jde, poslouchá zvuky, které by vaše buňky mohly říct lékař, než se objeví příznaky, ať už jste zdravý nebo se chystáte být nemocný.
Související obsah
- Může nanotechnologie zachránit životy?
Zakladatelem studie buněčných zvuků neboli „sonocytologie“, jak říká, je Jim Gimzewski, 52letý chemik UCLA, který přispěl k výstavě molekulárních struktur muzea umění. Myšlenka na buněčné zvuky k němu přišla v roce 2001 poté, co lékařský vědec řekl, že když jsou živé srdeční buňky umístěny do Petriho misky s vhodnými živinami, buňky budou i nadále pulzovat. Gimzewski začal přemýšlet, jestli by všechny buňky mohly bít, a pokud ano, budou takové malé vibrace produkovat detekovatelný zvuk. Konec konců, usoudil, že zvuk je pouze výsledkem síly tlačící na molekuly, vytvářející tlakovou vlnu, která se šíří a registruje, když udeří do ušního bubínku. Rovněž zdůvodnil, že ačkoli šum generovaný buňkou by nebyl slyšitelný, mohl by být detekován obzvláště citlivým nástrojem.
Gimzewski je vhodný k řešení této otázky, protože je jak expertem na instrumentaci - postavil si vlastní mikroskopy - a pohodlně doma ve světě nekonečna. Gimzewski, vůdce v nanotechnologii nebo vědě o manipulaci s jednotlivými atomy a molekulami při stavbě mikroskopických strojů, dříve pracoval ve výzkumné laboratoři IBM ve švýcarském Curychu, kde on a jeho kolegové postavili rotující molekulární vrtuli 1, 5 nanometrů nebo 0, 0000015 milimetrů v průměru. Postavili také nejmenší počitadlo na světě, které mělo jako kuličky jednotlivé molekuly s průměrem menším než jeden nanometr. Pokud nic jiného, výkony, které získaly značný ohlas, ukázaly, že slib nanotechnologie, který je velmi medializovaný, měl ve skutečnosti základ.
Za svůj první vpád do sonocytologie získal Gimzewski kvasinkové buňky od kolegů z biochemie v UCLA. („Vzhlédl, “ vzpomíná, když vysvětlil, proč chce buňky.) Ve spolupráci s postgraduálním studentem Andrewem Pellingem vymyslel Gimzewski způsob, jak otestovat buněčný šum pomocí nanotechnologického nástroje nazývaného mikroskop atomové síly (AFM). AFM obvykle vytváří vizuální obraz buňky průchodem svou velmi malou sondou, sama o sobě tak malá, že její hrot je mikroskopický, přes povrch buňky a měří každou ránu a dutinu její vnější membrány. Počítač převede data na obrázek. Vědci UCLA však drželi malou sondu AFM v pevné poloze a lehce ji položili na povrch buněčné membrány „jako záznamová jehla, “ říká Pelling, aby detekovali jakékoli vibrace vytvářející zvuk.
Pár zjistil, že buněčná zeď stoupá a padá tři nanometry (asi 15 atomů uhlíku naskládaných na sebe) a vibruje v průměru 1 000krát za sekundu. Vzdálenost, kterou se buněčná zeď pohybuje, určuje amplitudu nebo objem zvukové vlny a rychlost pohybu nahoru a dolů je její frekvence nebo rozteč. Přestože byl zvuk kvasinkových buněk příliš nízký na to, aby bylo slyšet, Gimzewski říká, že jeho frekvence byla teoreticky v rozsahu lidského sluchu. „Takže jen zvyšujeme hlasitost, “ dodává.
Gimzewski (drží model molekuly uhlíku ve své laboratoři UCLA) používá mikroskop atomové síly k „poslouchání“ živých buněk. (Debra DiPaolo) Frekvence kvasinkových buněk, které vědci testovali, byla vždy ve stejném vysokém rozmezí, „pokud jde o hudbu, o C-ostré až D nad střední C, “ říká Pelling. Sypání alkoholu na kvasinkové buňce, aby ji zabil, zvyšuje hřiště, zatímco mrtvé buňky vydávají tichý zvuk, který Gimzewski říká, že je pravděpodobně výsledkem náhodných atomových pohybů. Pár také zjistil, že kvasinkové buňky s genetickými mutacemi vydávají mírně odlišný zvuk než normální kvasinkové buňky; tento vhled povzbudil naději, že tato technika by mohla být nakonec použita na diagnostiku nemocí, jako je rakovina, o které se předpokládá, že pochází ze změn v genetickém složení buněk. Vědci začali testovat různé druhy savčích buněk, včetně kostních buněk, které mají nižší rozteč než buňky kvasinek. Vědci nevědí proč.
Jen málo vědců ví o Gimzewského a Pellingově sonocytologické práci, která nebyla publikována ve vědecké literatuře a zkoumána. (Vědci předložili svá zjištění do recenzovaného časopisu k publikaci.) Slovo z úst vyvolalo skepticismus a obdiv. Vědec obeznámený s tímto výzkumem, Hermann Gaub, předseda aplikované fyziky na LudwigMaximilianUniversity v Mnichově v Německu, říká, že zvuky, které Gimzewski věří, že buněčné vibrace mohou mít jiné původy. „Pokud by byl zdroj této vibrace nalezen uvnitř buňky, bylo by to revoluční, velkolepé a neuvěřitelně důležité, “ říká Gaub. "Existuje však mnoho potenciálních [zvukových] zdrojů mimo buňku, které je třeba vyloučit." Pelling souhlasí a říká, že on a Gimzewski dělají testy, aby vyloučili možnost, že jiné molekuly v tekutině, která se koupe v buňkách nebo dokonce na špičce samotného mikroskopu, generují vibrace, které jejich sonda zachytí.
Ratnesh Lal, neurovědec a biofyzik na Kalifornské univerzitě v Santa Barbara, který studoval pulzace srdečních buněk udržovaných naživu v misce, říká, že Gimzewskiho nanotechnologické znalosti mohou být klíčem k určení, zda buňky produkují zvuk. „Největší nadějí je použití v diagnostice a prevenci, “ říká Lal a dodává: „Pokud je na světě někdo, kdo to dokáže, může.“
Gimzewski uznává, že je třeba udělat více práce. Tato zjištění mezitím upoutala pozornost jeho kolegy UCLA Michaela Teitella, patologa specializujícího se na rakovinu lymfocytů, typu bílých krvinek. Podřizuje lidské a myší svalové buňky a kostní buňky lékům a chemikáliím, které vyvolávají genetické a fyzické změny; Gimzewski se poté pokusí „poslouchat“ pozměněné buňky a odlišit je svými zvuky.
Teitell říká, že myšlenka na detekci rakoviny v nejranějších buněčných stádiích je vzrušující, ale to, zda tato technologie bude fungovat jako diagnostický nástroj, bude teprve vidět (nebo slyšet). Nechce přeceňovat tuto myšlenku: „Mohlo by se ukázat, že všechny tyto signály budou takovou mishmash, že nebudeme schopni jednoznačně identifikovat jeden od druhého.“
Gimzewski doufá, že práce bude mít praktickou aplikaci, ale z lovu je stejně nadšený, jako lov. "Ať už je výsledek jakýkoli, " říká, "primárně mě zajímá zvědavost a vzrušení nad fenoménem buněčného pohybu - co inspirovalo přírodu k vytvoření takového mechanismu a abych opravdu hlouběji pochopil, co tyto krásné zvuky znamenají." Pouhá možnost, že objevil novou charakteristiku buněk, se všemi zajímavými otázkami, které vyvolávají, je, jak říká, „již více než dost dárku“.
